Suche nach Dunkler Materie

Transkript

1 Suche nach Dunkler Materie Seminarvortrag Schlüsselexperimente der Teilchenphysik Julian Emmerich Julian Emmerich 1

2 Gliederung 1. Hinweise auf Dunkle Materie 2. Erklärungsversuche 3. Mögliche Formen von Dunkler Materie 4. Suche nach Dunkler Materie 5. Zusammenfassung Julian Emmerich 2

3 Gliederung 1. Hinweise auf Dunkle Materie 2. Erklärungsversuche 3. Mögliche Formen von Dunkler Materie 4. Suche nach Dunkler Materie 5. Zusammenfassung Julian Emmerich 3

4 1. HINWEISE AUF DUNKLE MATERIE Julian Emmerich 4

5 1. Hinweise auf Dunkle Materie Gravitationslinseneffekt Rotationskurven von Spiralgalaxien Dynamik von Galaxienhaufen Mikrowellenhintergrund Julian Emmerich 5

6 1. Hinweise auf Dunkle Materie Gravitationslinseneffekt Als er nach seiner Reaktion gefragt wurde, wenn die ART durch Eddington nicht bestätigt worden wäre, meinte Einstein spaßhaft: Das hätte mir leid getan für den lieben Gott die Theorie ist korrekt Julian Emmerich 6

7 1. Hinweise auf Dunkle Materie Gravitationslinseneffekt i:gravitationslinse.gif tationslinse.gif Julian Emmerich 7

8 1. Hinweise auf Dunkle Materie Gravitationslinseneffekt ic_magnifying_glass_- _Hubble_Space_Telescope_Center_Image_PR00-08.jpg Julian Emmerich 8

9 Julian Emmerich 9

10 1. Hinweise auf Dunkle Materie Rotationskurven von Spiralgalaxien Theorie: Innerhalb Galaxiekern: Tatsächliche Messung ergibt: Außerhalb Galaxiekern: Julian Emmerich

11 1. Hinweise auf Dunkle Materie Dynamik von Galaxienhaufen Masse von Galaxienhaufen zu gering, um deren Dynamik erklären zu können Julian Emmerich 11

12 1. Hinweise auf Dunkle Materie Mikrowellenhintergrund Julian Emmerich 12

13 2. ERKLÄRUNGSVERSUCHE Julian Emmerich 13

14 2. Erklärungsversuche Entweder: Theorie zur Gravitation falsch Oder: Existenz von nicht sichtbarer, aber gravitativ wechselwirkender Materie -> Dunkle Materie Julian Emmerich 14

15 2. Erklärungsversuche Dunkle Materie 70% dunkle Energie 30% Materie 90% dunkle Materie 10% gewöhnliche Materie nur etwa 3% sind gewöhnliche (baryonische) Materie! Julian Emmerich 15

16 3. MÖGLICHE FORMEN DUNKLER MATERIE Julian Emmerich 16

17 3. Mögliche Formen Dunkler Materie Baryonische Dunkle Materie Gaswolken/Staubwolken MACHOs Nichtbaryonische Dunkle Materie heiße Dunkle Materie kalte Dunkle Materie Julian Emmerich 17

18 3. Mögliche Formen Dunkler Materie Baryonische DM - Gaswolken Nur kalte Gas-/Staubwolken kämen in Frage, da diese kaum Strahlung emittieren Auch große Gaswolken zu geringe Masse Staubwolken würden Licht von anderen Sternen reemittieren und im IR strahlen Julian Emmerich 18

19 3. Mögliche Formen Dunkler Materie Baryonische DM - MACHOs MACHOs (Massive astrophysical compact halo objects Himmelskörper, in dem der Druck zu gering für Kernfusion ist z.b. brauner Zwerg -> Baryonische DM generell schlechter Kandidat, da sie em wechselwirkt und sichtbar wäre Julian Emmerich 19

20 3. Mögliche Formen Dunkler Materie NICHT-baryonische DM Hot Dark Matter: Neutrinowolken Vorteil: Existenz geklärt Nachteil: Neutrinos nahezu masselos Cold Dark Matter: massive Kalte Teilchen Julian Emmerich 20

21 3. Mögliche Formen Dunkler Materie NICHT-baryonische DM Cold Dark Matter: WIMPS(Weakly Interacting Massive Particles) Anforderungen: Nur schwache WW -> nicht sichtbar Massebehaftetes Teilchen -> Hohes gravitatives Potential Stabiles Teilchen Problem: Standardmodell kennt solche Teilchen nicht > Suche nach neuen Teilchen außerhalb des SM > Supersymmetrie Julian Emmerich 21

22 3. Mögliche Formen Dunkler Materie SUSY-Teilchen Jedes Teilchen besitzt supersymm. Partner Julian Emmerich 22

23 3. Mögliche Formen Dunkler Materie WIMP-Kandidaten Neutralino: Überlagerungszustand verschiedener SUSY-Bosonen Masse typ GeV/c² (Vergleich Proton 0,94 GeV/c²) Julian Emmerich 23

24 4. SUCHE NACH DUNKLER MATERIE Julian Emmerich 24

25 4. Suche nach Dunkler Materie Drei grundsätzlich verschiedene Arten der Suche Teilchenproduktion an Beschleunigern Annihilation von Neutralinos Wechselwirkung von Neutralino mit Materie Julian Emmerich 25

26 4. Suche nach Dunkler Materie Teilchenproduktion an Beschleunigern Erste Experimente am LHC zur Erzeugung von Neutralino-Paaren Julian Emmerich 26

27 4. Suche nach Dunkler Materie Annihilationsprozesse nresurs-dk.jpg/310px-pamelaonresurs-dk.jpg Julian Emmerich 27

28 4. Suche nach Dunkler Materie Annihilationsprozesse Annihilationsprozess: Spektrometer von PAMELA, gebaut in Siegen Julian Emmerich 28

29 4. Suche nach Dunkler Materie LUX, XENON Julian Emmerich 29

30 4. Suche nach Dunkler Materie LUX, XENON Julian Emmerich 30

31 4. Suche nach Dunkler Materie LUX, XENON Wie filtert man DM-Ereignisse heraus? Möglichst wenige Fremdereignisse, Schirmung Elektronen, Photonen ergeben anderes S1/S2-Muster Neutronen können mehrfach stoßen, WIMPS stoßen nur einmal Theoretisch Nachweis nun durchführbar, allerdings Wirkungsquerschnitt extrem klein, ca b!!! Julian Emmerich 31

32 4. Suche nach Dunkler Materie LUX Julian Emmerich 32

33 4. Suche nach Dunkler Materie LUX /sn-luxresults.jpg?itok=5_uuv8in Julian Emmerich 33

34 4. Suche nach Dunkler Materie LUX Julian Emmerich 34

35 4. Suche nach Dunkler Materie XENON Julian Emmerich 35

36 4. Suche nach Dunkler Materie XENON Julian Emmerich 36

37 Julian Emmerich 37

38 4. Suche nach Dunkler Materie Ergebnisse Julian Emmerich 38

39 5. Zusammenfassung Schicksal des Universums hängt von der Menge der Dunklen Materie ab Viel Dunkle Materie Kritische Dichte Nicht genug Dunkle Materie Julian Emmerich 39

40 5. Zusammenfassung Scheinbar ist die Ausdehnung des Universums sogar beschleunigt! Dunkle Energie? Nicht genug DM Julian Emmerich 40

41 5. Zusammenfassung Wir wissen nicht, wonach wir genau suchen sollen Wir wissen nicht, wie wir danach suchen sollen und gefunden haben wir auch noch nichts Julian Emmerich 41

42 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Julian Emmerich 42

43 4. Suche nach Dunkler Materie Ergebnisse Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München 50-Jahr Feier, MPI Physik, 2. Juli 2008, München Geheimnis der dunklen Materie Das Geheimnis der Julian Emmerich 43